UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA

SEMESTRE 2009-1

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA HIDRÁULICA. LABORATORIO DE HIDRÁULICA, CUBÍCULO 63.

OBJETIVOS

Observar la descarga de un orificio de pared delgada y analizar el coeficiente de descarga y el gasto para diferentes cargas sobre el orificio. ANTECEDENTES

Concepto de gasto o caudal Ecuación de continuidad Ecuación de la energía Orificios de pared delgada Coeficientes de velocidad, contracción y descarga del orificio de pared delgada. DESARROLLO

Orificio lateral bajo carga constante 1. Establecer un nivel de agua con el aliviadero de carga

constante, como se muestra en la figura 1, y medir: • La carga H , en m, desnivel entre el centroide del

orificio y la superficie del agua en el tanque; • La distancia horizontal x , en m, entre la sección

contracta y el centro del chorro que choca en el piso; • El tiempo at en que se llena un volumen Vol en la

probeta, en s y m3 respectivamente. 2. Repetir el procedimiento del inciso 1 para cuatro

diferentes niveles de agua en el tanque. 3. Registrar la temperatura del agua en °C. Orificio de fondo bajo carga variable 4. Marcar los niveles correspondientes a una carga máxima

AH y a una carga mínima EH , en m, como se muestra en la figura 2. Cerciorarse que la carga mínima EH quede por encima de los tranquilizadores.

5. Obturar el orificio lateral y llenar el tanque hasta una carga mayor a AH .

6. Retirar el aliviadero de carga constante y medir el tiempo de vaciado mt entre las cargas AH y EH , en s.

REGISTRO DE DATOS

Orificio lateral bajo carga constante

Evento H m

x m

Vol m3

at s

1 2 3 4 5

Temperatura del agua: T =_____°C

Orificio de fondo bajo carga variable

AH = ________ m EH =________ m Tiempo de vaciado: mt = _________ s INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

• Flexómetro • Cronómetro • Probeta • Termómetro.

Figura 1. Vista en elevación del depósito bajo carga constante Figura 2. Vista en planta y elevación del depósito bajo carga variable.

LABORATORIO DE HIDRÁULICA HIDRÁULICA BÁSICA

Práctica 3 Orificios M. I. Isis Ivette Valdez Izaguirre

www.ingenieria.unam.mx/hidrounam

m97.0

;m0127.00

=

=

y

D

m032.0

m;45.0

;m30.0

0 =

=

=

d

b

a

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MEMORIA DE CÁLCULO

Orificio lateral bajo carga constante 1. Para cada carga calcular: a) El gasto volQ , en m3/s, mediante la ecuación siguiente

avol t

VolQ =

b) La velocidad del chorro en la sección contracta, en m/s, con la ecuación de la trayectoria parabólica

ygx

V2

2

=

c) La velocidad teórica del chorro, en m/s, según Torricelli HgVT 2=

d) Los coeficientes experimentales adimensionales que se mencionan abajo, mediante las ecuaciones que aparecen a su lado:

• de velocidad Hg

VCv2

=

• de descarga HgA

QC

o

vold

2=

• de contracción v

dc C

CC =

e) El diámetro cD de la sección contracta del orificio circular con la expresión:

0DCD cc =

f) El número de Reynolds ν

02 DHgRe = del chorro

descargado, donde ν es la viscosidad cinemática del agua, en m2/s, y se obtiene de la figura 1.8 de la referencia 1.

2. Obtener los coeficientes de contracción, velocidad y

descarga con ayuda de la figura 6.4 de la referencia 1. 3. Con los coeficientes de descarga obtenidos en el inciso 2

correspondientes a las cargas medidas, calcular el gasto Q que descarga el orificio, en m3/s, mediante la ecuación

HgACQ d 20= donde

dC coeficiente de descarga, adimensional

0A área del orificio lateral, en m2 g aceleración de la gravedad, en m/s2.

4. Calcular el error relativo e, en por ciento, entre los gastos

obtenidos en el inciso 1a y el inciso 3 mediante la expresión siguiente:

100×−

=vol

vol

Q

QQe

5. Dibujar en papel milimétrico las curvas de gasto volQ y

Q del orificio.

Orificio de fondo bajo carga variable 6. Calcular el tiempo de vaciado t, en s, según la ecuación

6.40b de la referencia1

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

E

E

A

A

Qν

Qν

t 2

donde Aν volumen en el tanque , en m3, hasta el nivel AH

Ev volumen en el tanque, en m3, hasta el nivel EH

AQ gasto que descarga el orificio de fondo , en m3/s, con lacarga AH Ad HgACQ 20=

EQ gasto que descarga el orificio de fondo, en m3/s, con lacarga EH Ed HgACQ 20=

7. Comparar el tiempo de vaciado medido tm con el

calculado t en el inciso 6 y determinar el error relativo entre ambos mediante la ecuación

100×−

=m

m

t

tte

REFERENCIA

1. Sotelo, A. G., Hidráulica General, Editorial Limusa, México 2001.

2. http://es.wikipedia.org CUESTIONARIO

1. ¿Cómo varía el coeficiente de descarga cuando el número de Reynolds aumenta?

2. ¿Es correcto considerar el coeficiente de descarga constante cuando la carga es variable?, ¿Por qué?

3. ¿Qué error corrige el coeficiente de velocidad en la ecuación de Torricelli?

4. ¿Qué fuerza del flujo es la más importante en la descarga de un orificio?

5. ¿A qué atribuye que exista una sección contracta en el orificio?

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d

c

v

CCC

ννDgHVD 2Re ==

Cv

Cc

Cd